重金属胁迫下农业土壤根际微生物的群落结构和多样性的变化

发布时间：2017-10-19 14:27

  本文关键词：重金属胁迫下农业土壤根际微生物的群落结构和多样性的变化

  更多相关文章： 农业土壤 根际微生物 细菌 真菌 群落结构 多样性

【摘要】：土壤是人类赖以生存的最重要的环境自然资源之一,对生态环境质量和人类健康都有着十分重要的意义。由于重金属引起的相关的新兴环境问题,显著的增加了人们对于在工业区附近的农田土壤质量的关注。农田土壤污染对人类的危害极大,不仅可以直接导致粮食减产,而且通过食物链影响人类的健康。此外,土壤污染物通过地下水及污染物转移构成人类多个层面上的不良胁迫和危害。研究长期暴露在重金属污染下的农业土壤微生物的功能对于农田土壤的利用有着非常重要的意义。本实验取自湖南省株洲工业园区附近农田土壤作为研究对象,本文具体研究内容及成果包括以下两个部分内容:第一部分,从重金属污染的农田土壤样品中,筛选出高耐受Cd2+的细菌和真菌菌株,并进行种属鉴定。首先土壤样品在液体培养基中按着10-1、10-2、10-3、10-4、10-5一系列浓度梯度进行适当的稀释后,分别接种在细菌和真菌的培养基上。在恒温摇床上对土壤中存在的耐受重金属微生物进行驯化和筛选,然后将得到的对Cd2+耐受性最高的液体培养基中的微生物(细菌和真菌)作为菌源,在琼脂平板培养基上多次进行划线分离(传代3-4代),倒置培养,并在显微镜下进行形态观察,然后对其进行分子生物学鉴定,通过对其进行生物信息学分析,用以鉴定耐Cd2+细菌和真菌。经对重金属污染的农业土壤进行耐Cd2+菌种分离研究发现,细菌对Cd2+的耐受能力较真菌要强些,细菌对Cd2+最高耐受质量浓度可达到3000mg·L-1。真菌对Cd2+的耐受性较差,最高耐受质量浓度为2000 mg·L-1。分别选取一株对Cd的耐受性最高的细菌和真菌,对其进行分子生物学鉴定,分离并扩增16S r DNA和18S r DNA基因序列,然后对其进行生物信息学分析,在Genebank上面进行同源性比对,结果显示分离得到的耐Cd2+真菌菌株可能为鞘腐败病病原菌属,耐Cd2+细菌菌株可能为假单胞菌属。本实验丰富了耐Cd2+细菌和真菌种属信息,为后续重金属污染修复研究提供高效的菌株资源。第二部分,研究湖南省株洲工业园区附近农田根际土壤中几种重金属对微生物生物量、微生物活性、微生物的丰度和微生物群落组成的潜在影响。首先测定土壤理化参数和物种参数,对数据进行分析。皮尔森相关性结果表明,土壤的有机碳(SOC)与各种重金属浓度显示显著的正相关,而重金属污染极大的抑制了脱氢酶活性(DHA)。重金属和与土壤呼吸显示负相关,而与微生物生物量(MBC)之间没有相关性。定量PCR(QPCR)和聚合酶链梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,重金属污染大大减少了细菌和真菌的丰度,同时也改变了他们的群落结构。手动选择的RDA分析结果表明,SOC、Cr和Cd与土壤细菌群落的更替显著相关(p0.005),分别解释了26.9%(p=0.002)、6.8%(p=0.002)和7.9%(p=0.005)的土壤细菌群落组成;Cr、SOC和Cu与土壤真菌群落的更替显著相关(p0.005),分别解释了16.9%(p=0.002)、15.3%(p=0.002)和9%(p=0.005)的土壤真菌群落组成。通过结合不同的环境参数,它将促进更好的理解重金属污染对于农田根际微生物物种的丰富度、结构和活性的影响,全面评估农田土壤重金属污染水平。
【关键词】：农业土壤 根际微生物 细菌 真菌 群落结构 多样性
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X172
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 绪论14-27
• 1.1 农田重金属污染概述14-17
• 1.1.1 重金属污染简介及主要特点14-15
• 1.1.2 重金属污染对人和环境的危害15-16
• 1.1.3 耕地与农田重金属污染概况16-17
• 1.2 土壤微生物在土壤生态系统中的作用17-18
• 1.2.1 土壤微生物对土壤矿物质代谢的影响17
• 1.2.2 土壤微生物对作物生长的作用17-18
• 1.2.3 土壤微生物对土壤结构的作用18
• 1.3 重金属污染对土壤微生物生态多样性和生态效应的影响18-20
• 1.3.1 重金属对土壤微生物活性的影响19
• 1.3.2 重金属对土壤酶活性的影响19-20
• 1.3.3 重金属对土壤微生物群落组成的影响20
• 1.4 基于分子水平的土壤微生物群落组成研究办法20-24
• 1.4.1 磷脂脂肪酸（PLFA）方法21
• 1.4.2 16S/18S r RNA/r DNA序列分析技术21-22
• 1.4.3 PCR-SSCP22
• 1.4.4 聚合酶链-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)22-23
• 1.4.5 荧光原位杂交(FISH)技术23
• 1.4.6 焦磷酸测序（Pyrosequencing）技术23-24
• 1.5 本文构想24-27
• 1.5.1 研究依据与思路24-25
• 1.5.2 研究目的25-26
• 1.5.3 论文研究内容26-27
• 第2章 耐镉的细菌和真菌的分离筛选及鉴定27-39
• 2.1 实验材料与设备27-28
• 2.1.1 实验样品采集与处理27
• 2.1.2 培养基27
• 2.1.3 实验设备27-28
• 2.1.4 试剂28
• 2.2 实验方法28-29
• 2.2.1 微生物的驯化28-29
• 2.2.2 耐受微生物的分离提纯29
• 2.2.3 微生物的富集培养与保存29
• 2.3 菌株的鉴定29-33
• 2.3.1 形态特征鉴定29-30
• 2.3.2 分子鉴定30-33
• 2.4 实验结果及讨论33-38
• 2.4.1 驯化结果33
• 2.4.2 平板划线结果33
• 2.4.3 实验分析讨论33-34
• 2.4.4 分子生物学鉴定34-38
• 2.5 本节小结38-39
• 第3章 复合重金属污染对于农业土壤根际微生物群落结构及多样性的影响39-61
• 3.1 材料与方法39-40
• 3.1.1 实验仪器及试剂39-40
• 3.1.2 样品准备40
• 3.2 实验方法40-48
• 3.2.1 土壤理化性质测定40-42
• 3.2.2 微生物测定42-48
• 3.2.2.1 土壤DNA的提取42-44
• 3.2.2.2 实时荧光定量PCR (Quantitative PCR)44
• 3.2.2.3 聚合酶链-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）44-47
• 3.2.2.4 数据分析47-48
• 3.3 实验结果及讨论48-60
• 3.3.1 土壤理化性质48
• 3.3.2 土壤重金属含量48-50
• 3.3.3 土壤微生物丰度50-51
• 3.3.4 土壤微生物群落分析51-55
• 3.3.5 皮尔森相关性分析55-57
• 3.3.6 冗余分析（RDA）57-59
• 3.3.7 基于手动选择的RDA分析59-60
• 3.4 本节小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-70
• 附录A 攻读学位期间发表学术论文目录70-71
• 附录B 攻读学位期间申请的发明专利71-72
• 致谢72

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本文编号：1061610